Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2025(16))

сочетаний, активно развивается поиск новых технологий. Одно из таких исследований, проводимых нами, основано на новой концепции структурной химии вещества [11. Оно исходит из представлений о фундаментальных конфигурациях, из которых формируются кластеры и полные кристаллические структуры вещества [2]. В 1952 г. А. Тьюринг математически доказал, что двухкомпонентная реакционно-диффузионная система с диффузией и нелинейными условиями реакции показывает спонтанное формирование периодических структур, если выполняются определенные условия [3]. Соответственно, структуры Тьюринга создают связь между реакционно-диффузионными уравнениями, геометрией и топологией микроструктуры. Химические принципы морфогенеза (морфогены — частицы (кластеры) вещества, между которыми происходит реакция и диффузия) следуют из уравнений Тьюринга и включают в себя соотношение между концентрациями, коэффициентами диффузии реагирующих веществ, наряду с температурой реакции и другими техническими условиями, такими как скорость превращения веществ А и В в С и скорость поступления вещества А в систему и др. Важным обстоятельством является также подбор так называемых когенетических пар (материалов, близких по кристаллической структуре, но разных по свойствам). Такая пара наблюдается в системе углерод (алмаз) — кремний, в которой можно синтезировать композит алмаз — карбид кремния. Композиционные материалы на основе алмазных частиц представляют большой интерес для промышленности благодаря своим уникальным свойствам, таким как высокая твердость, высокая теплопроводность, повышенная износостойкость, что позволяет значительно увеличить срок службы изделий на их основе при работе в условиях экстремальных нагрузок. Наиболее распространенные методы получения таких материалов — горячее прессование или жидкофазное спекание с оксидными легкоплавкими добавками. Альтернативным методом является реакционное спекание (пропитка расплавом Si пористых заготовок), приводящее к формированию структуры, состоящей из алмазных частиц и SiC. Нами впервые показана роль реакционно-диффузионного механизма Тьюринга при взаимодействии компонентов в системе углерод (алмаз) — карбид кремния и формирование микроструктуры, состоящей из трижды периодических поверхностей минимальной энергии. Графитизация алмазных частиц. Превращение алмаза в графит на воздухе начинается уже при температуре 800 °С [4]. При температуре ниже 800 °С скорость горения превышает скорость графитизации. Переход алмаза в графит в вакууме осуществляется при значительно более высокой температуре. Графитизация в вакууме идеального кристалла алмаза никогда не наблюдается. Графитизация характерна для алмазов, в которых присутствуют микроскопические включения, особенно если они металлические или графитовые. Спекание частиц алмаза и твердого углерода в присутствии расплавленного Si Для рассмотрения механизма спекания материалов на основе алмазных частиц представим модель, состоящую из ансамбля сферических частиц. Например, четыре частицы алмаза, частицы углерода между ними и пространство, заполненное расплавленным кремнием (рис. 1, а). Эта модель реализуется на начальном этапе процесса в результате пропитки пористых заготовок, состоящих из частиц алмаза и углерода, кремнием (см. рис. 1, а). Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 1. С. 43-48. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 1. P. 43-48. Рис. 1. Модельная схема распределения фазовых составляющих на I (а) и II (б) стадиях спекания. Представлены следующие фазы: алмаз (D); графит на поверхности частиц алмаза (Gr); жидкий кремний ^іж); синтезирующийся в результате реакционно-диффузионного взаимодействия карбид кремния на поверхности алмазных частиц, образующий «забор Тьюринга» [5] © Шевченко В. Я., Перевислов С. Н., 2025 44